Missing Link: Zweifel trotz Nobelpreis – Streit über Gravitationswellen-Messungen

Alte Zweifel wurden nie behoben

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Soweit zur Idee, nun zur Realität. Schon vor zwei Jahren warnte eine Gruppe von Physikern in Dänemark unter der Leitung von Professor Andrew Jackson, sie sei nicht in der Lage, das Signal der ersten Gravitationswellenmessung aus den (öffentlich verfügbaren) Daten zu rekonstruieren. Das Hauptproblem, auf das die dänische Gruppe stieß, war, dass auch das Hintergrundrauschen in den LIGO-Detektoren zeitlich korreliert schien. Weil die Signalrekonstruktion maßgeblich auf der Zeitkorrelation zwischen den Detektoren beruht, ist es schwer, das Signal vom Rauschen zu unterscheiden. Das heißt nicht, dass die Dänen behaupten, das Gravitationswellensignal sei selbst Rauschen, sondern nur, dass die genaue Form des Signals unklar ist.

Die LIGO/Virgo-Kollaboration ignorierte die Kritik zunächst. Später fanden sich dann einige Mitglieder der Kollaboration, die versuchten, die Analyse der Dänen nachzuvollziehen. Dabei stellten sie technische Fehler in deren Analyse fest und behaupteten, dies würde das Problem beheben. Die dänische Gruppe konterte, dass diese Fehler irrelevant seien und die Probleme ungelöst bleiben.

Noch in einem Interview im November 2018 sagte Jackson, dass seine Gruppe außer dem ersten Signal keine der angeblichen Gravitationswellenmessungen hat reproduzieren können. "Als jemand aus Dänemark", fügte er an, "bin ich versucht zu sagen, wir haben hier einen Fall von des Kaisers neuen Gravitationswellen." Die LIGO/Virgo-Kollaboration hat sich nach wie vor nicht offiziell zu dieser Kritik geäußert.

Für die meisten Physiker verschwanden jedoch die letzten Zweifel an echten Gravitationswellen im August 2017. Damals berichteten LIGO und Virgo, sie hätten das Signal einer Neutronensternkollision gesehen – das bisher stärkste überhaupt. Im Gegenteil zu einer Kollision von Schwarzen Löchern, bei der die Energie fast ausschließlich in Form von Gravitationswellen freigesetzt wird, strahlen Neutronensterne auch Teilchen und elektromagnetische Strahlung in vielen Frequenzbereichen ab. Genau solche Strahlung wurde von mehreren Teleskopen etwa zeitgleich mit den Gravitationswellen gemessen. Dies scheint zu bestätigen, dass die Signale, die LIGO/Virgo sieht, kosmischen Ursprungs sind, und nicht etwa unbekannten irdischen Quellen zuzuordnen sind.

Kritiker halten entgegen, der damalige Alarm der LIGO/Virgo-Kollaboration, dass man die Gravitationswellen einer Neutronensternkollision gemessen habe, kam 40 Minuten nachdem die NASA – dank dem Weltraumteleskop Fermi – einen automatischen Hinweis über eingehende Gammastrahlen ausgegeben hatte. Nur ein LIGO-Detektor hatte Sekunden vorher einen automatischen Hinweis ausgegeben. Deshalb kann dieses Ereignis nicht als unabhängige Bestätigung dafür herhalten, dass LIGO tatsächlich Signale außerirdischen Ursprungs empfängt. Es kommt dazu, dass einige Astrophysiker bezweifeln, dass die gemessene elektromagnetische Strahlung überhaupt zu einer Neutronensternkollision passt. Andere wiederum vermelden unter dieser Voraussetzung bahnbrechende Entdeckungen.

Vergangenes Jahr dann berichtete das britische Magazin New Scientist, dass, laut Aussagen von Mitgliedern der LIGO/Virgo-Kollaboration, die mit dem Nobelpreis gewürdigte Abbildung von LIGOs erstem Signal "nicht mithilfe von algorithmischer Analyse gefunden wurde", sondern teilweise "nach dem Auge" gezeichnet und "aus pädagogischen Gründen von Hand verbessert" wurden. Das Fachmagazin, in dem damals der wissenschaftliche Artikel mit der besagten Abbildung veröffentlicht wurde, kommentierte den Medienbericht nicht.

Auch die LIGO/Virgo-Kollaboration ist still geblieben und hat sich zu der Frage, was denn nun eigentlich in der Abbildung zu sehen ist, nicht geäußert. Sie hat lediglich eine Erklärung herausgegeben, laut der man "volles Vertrauen" in die veröffentlichten Resultate habe.

Im April dieses Jahres nun begann LIGO/Virgo die dritte Phase der Beobachtungen. Ein vorangegangener Ausbau des Experiments hatte die Sensitivität der Detektoren gegenüber der zweiten Phase um 40 Prozent erhöht. Viele Physiker hofften nun, dass die neuen Beobachtungen die Situation mit zusätzlichen Neutronensternkollisionen und deren elektromagnetischen Pendants klären würden. Das aber ist nicht geschehen.

Seit April hat die LIGO/Virgo-Kollaboration 41 Ankündigungen für neue Signale ausgegeben. Diese Ankündigungen werden automatisch mit näherungsweisen Richtungsangaben öffentlich gemacht und sollen Astronomen Zeit geben, nach begleitenden elektromagnetischen oder optischen Signalen zu suchen. Von den 41 Ankündigungen hat die Kollaboration acht später zurückgezogen, weil sie vermutlich auf einen irdischen Ursprungs zurückgingen.

Die Anzahl der Widerrufe ist also hoch. Der Grund dafür ist teilweise, dass die Forscher selbst noch lernen müssen, wie ihre Detektoren funktionieren. Man befindet sich hier auf wissenschaftliches Neuland und die Physiker müssen erst herausfinden, wie die Daten am besten zu analysieren und zu interpretieren sind. Eine zusätzliche Schwierigkeit ist, dass die Ankündigungen gleichzeitig aber schnell ausgegeben werden müssen, damit die Teleskope ausgerichtet werden können, bevor das Ereignis vorbei ist. Das lässt nicht viel Zeit für eine sorgfältige Analyse.

Die damit entstandene Lage ist verwirrend: In der dritten Phase der Beobachtungen hat die Kollaboration zum Beispiel bisher eine statistisch hochsignifikante Messung gemacht, die einer Neutronensternkollision zugewiesen werden konnte. Dieses Gravitationswellensignal wurde am 25. April empfangen. Das dazu passende elektromagnetische Signal wurde jedoch nicht gefunden. Dafür könnte es aber es mehrere gute Gründe geben. Zum Beispiel zeigte die Analyse der LIGO/Virgo-Daten, dass das Ereignis sehr weit entfernt stattgefunden haben muss, etwa viermal so weit, wie die erste Neutronensternkollision vom August 2017. Das bedeutet, dass jedes elektromagnetische Signal etwa um einen Faktor 16 schwächer und daher plausibel schwer zu detektieren gewesen wäre.

Dasselbe spielte sich wieder am 14. August ab. An dem Tag berichtete die Kollaboration, sie hätte ein Signal von einem Schwarzen Loch, das einen Neutronenstern verschlingt, vorzuweisen. Astronomen drehten ihre Teleskope in die angegebene Richtung, aber auch in diesem Fall konnte niemand ein elektromagnetisches Begleitsignal finden.

Für diese Gravitationswellenmessung vom 14. August sagen die Schätzungen jedoch, dass die Quelle sogar etwa sieben Mal so weit entfernt ist, wie das Signal von 2017, so dass die gesuchten Begleitsignale um etwa einen Faktor 50 schwächer sind. Es könnte außerdem sein, dass die elektromagnetische Strahlung aus physikalischen Gründen verloren ging, zum Beispiel weil der Neutronenstern in einem Biss verschlungen wurde. In diesem Falle würde nicht viel Strahlung emittiert werden. Oder vielleicht waren der Neutronenstern und das Schwarze Loch von einer Wolke kosmischen Staubs umgeben. Dann würden zwar die Gravitationswellen durchgehen, die elektromagnetischen Signale jedoch weitgehend stecken bleiben. Im Nachhinein kann man sich also Gründe zusammen reimen, die die ausbleibenden elektromagnetischen Signale erklären.

Am 17. August gab die LIGO/Virgo-Kollaboration einmal mehr eine Ankündigung heraus: Man habe ein Schwarzes Loch gefunden, das einen Neutronenstern verschlingt. Aber auch die wurde rasch widerrufen. Bisher hat kein Teleskop in der Welt, das den Ankündigungen von LIGO/Virgo nachforschte, ein zu den angeblichen Gravitationswellen passendes elektromagnetisches Signal gesehen.